陳鑫 彭釗

摘 要：為了解決城市停車難的問題，設計了一種桁架式立體車庫，并對該車庫做了實踐教學分析。該立體車庫為三軸桁架式機械手結構，采用地埋方式的多層立體停車庫，可以提高現(xiàn)有土地資源的利用率，更好發(fā)揮高層空間優(yōu)勢。該車庫重點設計了桁架式移動裝置作為停取車的執(zhí)行機構，借助X軸、Z軸的移動和繞Y軸的轉動實現(xiàn)車輛的車庫內(nèi)移動，該結構運動穩(wěn)定、操作簡單、空間利用率高，同時為機器人專業(yè)教學提供實踐支持。

關鍵詞：桁架式；立體車庫；結構設計；應用分析

StructuralDesign and Application Analysis of Trussed Threedimensional Garage

Chen Xin Peng Zhao

Wuhan Business University HubeiWuhan 430056

Abstract：In order to solve the problem of city parking， a trussed threedimensional garage ，and the practice teaching analysis of the garage. The threedimensional garage is a threeaxis truss manipulator structure. The main structure of the stereo garage adopts the multilayer stereo parking garage， which can improve the utilization rate of the existing land resources and give full play to the advantage of the upper space. The trussed moving device is designed as the actuating mechanism of the parking car. The structure is stable in motion， simple in operation， high in space utilization， and has certain economic and management benefits，at the same time， provide practical support for robot teaching.

Key words： Truss； ThreeDimensional garage； Structural design； Applied Analysis

一、緒論

中國汽車工業(yè)協(xié)會對全年汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)進行了發(fā)布，數(shù)據(jù)顯示，2017年汽車銷量已超2940 萬輛。隨著人們生活水平的不斷提高，汽車在我國已經(jīng)得到了很大的普及，然而也帶來了城市停車難等問題，特別是在老舊城區(qū)或商業(yè)密集區(qū)域，更是一位難求，考慮到土地占用成本，新建城市的停車位車本價格高昂，因此在中心城區(qū)實行停車位的改造迫在眉睫。本文設計了一種一拖八桁架式立體車庫，采用主要執(zhí)行機構地埋式布置的方案，科學有效的解決了城市土地占有問題，是一種新型的智能立體停車裝置。

本設計具有以下先進性：

第一，節(jié)約了城市土地資源。車庫是地埋式、立體化、多層建造，原有的土地占用能夠?qū)崿F(xiàn)停取三到四倍數(shù)量的車輛，有效解決城市道路停車造成的交通擁擠。

第二，操作遠程化、智能化。該立體停車庫設計的基于互聯(lián)網(wǎng)的遠程控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的自動停取，車輛只需?？吭陬A定泊車位上，由機械桁架實現(xiàn)自動泊車。

第三，停車安全性較高。立體車庫實現(xiàn)全自動停車模式，駕駛員不需進入車庫內(nèi)部，各個桁架裝有光電傳感器，有效防止車庫內(nèi)汽車發(fā)生干涉碰撞。

二、總體設計

（一）機械結構

本設計是地埋式一拖八桁架式立體車庫，是一種地上兩層存車位的三軸式立體車庫，該類型的立體車庫技術含量較高，集多種技術于一體，結構部分主要有：主框架結構、升降機構、橫移機構、旋轉結構、載車托盤、電氣裝置、安全輔助機構等，如圖1所示。

三軸式立體車庫以鋼結構框架為主體，采用電機驅(qū)動導軌帶動載車板做升降橫移旋轉運動，實現(xiàn)車輛的存取。其工作原理為：每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移旋轉機構的運動到達地面層，完成存放過程，取車過程為停車的逆過程。停泊在車庫內(nèi)地面層的車輛只作橫移和旋轉，不必升降；而停泊在頂層的車輛則通過平移升降和旋轉來實現(xiàn)存取車。通過對z軸下方的分度盤旋轉帶動z軸桁架轉動從而實現(xiàn)存取車的可控性和準確性。本設計是通過載車板配合三軸來實現(xiàn)存取車的，載車板的穩(wěn)定性可以有效的保護車的地盤和讓車在移動的過程中保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)。在x軸和z軸上設計兩個位移傳感器讓載車板在移動的過程中不會因出位爾導致汽車和裝置碰撞損壞的情況。

（二）控制系統(tǒng)設計

一拖八桁架式式立體車庫整個控制系統(tǒng)分為PLC控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、人機界面、信號檢測、數(shù)據(jù)庫等。該車庫的控制系統(tǒng)核心是PLC，當用戶進行操做時，PLC接受用戶指令，發(fā)布操作流程，判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取執(zhí)行元件的信息，然后通過軟件控制合理的時序安排，反饋信息，指揮執(zhí)行元件的動作。由于該一拖八桁架式式立體車庫控制系統(tǒng)控制量只有數(shù)字開關量，并且車庫要求高度的運行可靠性和快速性，因而選用西門子S71200系列可編程序控制器作為控制系統(tǒng)的主控機，西門子S71200系列PLC具有高速度、小型化、高級功能邏輯選件及定位控制等優(yōu)點，在基本單元上擴展可進行16256點的靈活輸入輸出組合。

（三）控制界面設計

開機后系統(tǒng)進入初始界面（如圖3）根據(jù)顧客的需要，此時可選擇自動或手動停、取車。當選擇自動停取車的時候，顧客需要點擊界面中的狀態(tài)按鈕，系統(tǒng)將進入到車位的進出庫狀態(tài)欄，此時可以看到車位停車的詳細情況（打鉤為有車，打叉為無車），車主可以選擇相應的車位進行停、取車。

軟件設計有手動操作，可以讓一些顧客在擔心自動會出錯的時候自己來操作從而達到存取車目的，點擊界面中的控制按鈕，系統(tǒng)將進入到車位的控制界面，每個車位的位置都有預定的x軸、y軸和z軸坐標，機械桁架的位置也會顯示在屏幕界面上，所以駕駛員可以在這個界面手動操作車子的存取，這樣的高精度操作也會讓車主更加的放心存放自己的車輛。然后同樣的車主也需要在存取車之前先點進狀態(tài)界面查看是否在自己想停的車位上面有沒有車，再行決定將自己的車停在哪里。

三、操作流程設計

本設計車庫為二層8車庫，每個車庫都有對應的編號，操作的流程如下：操作系統(tǒng)中自動系統(tǒng)包括兩個方面，一個是自動取車系統(tǒng)，一個是手動取車系統(tǒng)，而自動取車系統(tǒng)又分為自動停車和自動取車，但兩個不同的操作都只需找到對應的車位，然后點擊進庫或者出庫，系統(tǒng)會自動對應編號所在區(qū)域的車位進行停車，取車。停車時，打開系統(tǒng)，顯示車庫的空余車位所對應的編號是庫1上層，選擇自動模式，選擇狀態(tài)，點擊庫1上層的進庫，此時車庫的機械桁架會托起小車，水平移動到庫1上層對應的車位并旋轉90度，將小車穩(wěn)定放入對應的車位，隨后桁架回到初始位置；取車時，我的車所在的車位是庫3下層，打開系統(tǒng)，點擊庫3下層的出庫，此時系統(tǒng)會顯示停車的時長以及停車的費用，點擊確認后，桁架移動到車位并旋轉90度托起小車，再次旋轉平移，將小車拖回路面落車，小車停穩(wěn)后，桁架返回初始位置。每個車位都有其對應的編號在系統(tǒng)上，并包含了進庫出庫兩個指令。本產(chǎn)品的停車取車會有記錄顯示，在停車時若是此車位已有小車，再次點擊此車庫的進庫，此指令不會實施，報警模式將會啟動，提醒駕駛員操作錯誤，保證停車安全。

四、實踐教學研究

本設計車庫為三軸桁架機械手，設計的同時也為機器人專業(yè)教學和研究起到一定的實踐指導作用。機器人工程教學研究具有較強的創(chuàng)新性，很多高校對機器人工程課程提出了一個比較完整的課程體系，但缺乏有效的實踐項目作為教學支撐，由于機器人工程本科專業(yè)的新興性，實踐課程體系尚未完整，本項目的設計與研發(fā)可以有效的運用機械原理，自動控制，電工技術、可編程邏輯控制器、傳感器等課程的理論內(nèi)容，充分的鍛煉了學生的動手實踐能力，對于機器人工程專業(yè)的教師和學生具有較好的教學作用，有效地解決了高校教學中生產(chǎn)、實踐、研究不能很好切合的問題。

五、總結

本文主要研究內(nèi)容是根據(jù)我國停車設備實際發(fā)展情況分析設計了基桁架式立體車庫的基本結構及其控制流程，對立體車庫的執(zhí)行機夠進行了原理介紹，使得本設計基本滿足所需控制功能和使用要求，桁架式立體車庫與傳統(tǒng)的一拖二或一拖四結構相比具有成本更低、節(jié)約土地、實用性更強的優(yōu)點。在傳統(tǒng)的機械操作的基礎下我們用HMI操作來代替機械按鍵操作。將一些需要技術的操作轉換成大眾化的簡單操作的模式，可以使車主自助停取車，實現(xiàn)無人管理。該設計運動執(zhí)行機構可以預埋地下，通過設置拖動蓋板使得桁架水平移動后蓋板鋪滿地面，保護地面車輛與行人安全。其次，本設計重點對機器人專業(yè)的通用教材與實踐內(nèi)容進行分析用機器人工程產(chǎn)品的設計帶動教學，也進行了經(jīng)驗總結，對相關問題作了詳細的闡述，為同專業(yè)教師提供一定的參考。

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基金項目： 武漢商學院校級教研課題：應用型高校多平臺協(xié)同教學的實踐與研究 ——以機器人產(chǎn)學研中心為例（課題號2017Q003）

作者簡介：陳鑫（1988），男，湖北武漢人，碩士，工程師，主要研究方向：工業(yè)機器人系統(tǒng)仿真，機器人伺服控制；彭釗（1998），男，湖北天門人，本科，武漢商學院機器人專業(yè)學生，主要研究方向：工業(yè)機器人控制系統(tǒng)。